一種液壓蓄能修井機承載能力的測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油化工設(shè)備安全檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于液壓蓄能修井機承載 能力的測試方法，具體涉及一種針對存在不同損傷或變形的在役液壓蓄能修井機液壓油缸 伸縮式異型井架承載能力的在線安全檢測，即一種液壓蓄能修井機承載能力的測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油天然氣工業(yè)中，井架是石油鉆井過程中的關(guān)鍵設(shè)備，石油井架的安全直接 關(guān)系到職工人身和國家財產(chǎn)的安全。井架檢測技術(shù)作為保障石油鉆井安全的一項重要舉 措，在各油田得到了充分的實施。
[0003] 液壓蓄能修井機作為一種新型的修井作業(yè)設(shè)備，主要由底盤、動力系統(tǒng)（電機和 栗）、提升系統(tǒng)（主油缸和輪系）、蓄能系統(tǒng)（氮氣包和蓄能缸）、智能控制系統(tǒng)（PLC、液壓 閥及管路）、電氣系統(tǒng)等六部分組成。液壓蓄能修井機通過在操作室內(nèi)對閥組的控制操作， 使機栗組栗出的高壓油進入主油缸，主油缸的活塞桿伸出，同時帶動大鉤上升；在大鉤下放 過程中，機栗組栗出的高壓油進入蓄能缸，通過高壓油壓縮蓄能缸和氮氣包內(nèi)的氮氣，將作 業(yè)過程中非提升時間的動能和管柱下放時的勢能儲存起來；當再次需要起升大鉤時，蓄能 缸儲存的高壓油和機栗組栗出的高壓油同時作用使得主油缸活塞桿伸出，帶動大鉤上升。
[0004] 隨著液壓蓄能修井機在油田修井作業(yè)中的逐步推廣應(yīng)用，由于現(xiàn)場工作環(huán)境惡 劣，修井機受到不同程度的損傷和變形，其提升系統(tǒng)在使用過程中的安全問題越來越受到 關(guān)注，由于該設(shè)備是依靠主油缸的伸縮來實現(xiàn)井下管柱提升和下放，且沒有繃繩固定，使用 單位對設(shè)備的穩(wěn)定性和承載能力沒有把握，導(dǎo)致設(shè)備無法發(fā)揮其最大的承載能力，造成了 資源浪費，且存在極大的安全隱患。因此，有必要針對液壓蓄能修井機進行承載能力測試。
[0005] 液壓蓄能修井機的提升系統(tǒng)與傳統(tǒng)修井機提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，傳統(tǒng)的修井機用桁 架結(jié)構(gòu)來提升管柱，而液壓蓄能修井機則通過主油缸的伸縮來提升管柱，傳統(tǒng)修井機承載 能力測試是依據(jù)SY 6326-2012《石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級 規(guī)范》，該標準中承載能力測試方法只是針對桁架結(jié)構(gòu)井架，沒有涉及液壓蓄能修井機提升 系統(tǒng)承載能力的測試方法。現(xiàn)公開發(fā)表的期刊文獻中，關(guān)于井架測試的方法均為針對桁架 結(jié)構(gòu)井架，未發(fā)現(xiàn)關(guān)于液壓蓄能修井機提升系統(tǒng)承載能力測試的方法。
[0006] 傳統(tǒng)的基于應(yīng)變測量的石油井架檢測技術(shù)在實際的操作過程中，由于粘貼應(yīng)變片 的位置不一定是井架應(yīng)力最大、最危險的位置，這樣直接導(dǎo)致了井架檢測結(jié)果的準確度下 降。申請?zhí)枮?01110182046. 6的發(fā)明專利《一種石油井架承載能力的測試方法》，利用有 限元軟件建立井架主體結(jié)構(gòu)模型，然后對需測試的石油井架先后進行宏觀檢驗和精確測 量，根據(jù)測試結(jié)果對建立3D模型進行修正，基于修正后的石油井架模型，采用有限元軟件 ANSYS對石油井架的承載能力進行評定。該測試方法通過軟件建立簡化模型，并不能完全模 擬現(xiàn)場井架的實際狀況，測試結(jié)果與真實情況有一定的誤差。該測試方法最適用于設(shè)計井 架時的安全校核。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種液壓蓄能修井機承載能力的測試方法，以解決現(xiàn)有的井 架承載能力測試方法不適用于液壓蓄能修井機，從而保證液壓蓄能修井機的作業(yè)安全。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，具體按以下步驟進行：
[0009] 步驟1 :使用金屬磁記憶技術(shù)儀器檢測出液壓蓄能修井機的應(yīng)力集中部位；
[0010] 步驟2 :對步驟1檢測出的應(yīng)力集中部位和根據(jù)井架受力特點決定的應(yīng)力集中部 位，進行應(yīng)力測試；
[0011] 步驟3 :采集應(yīng)力測試數(shù)據(jù)，進行承載能力的評定。
[0012] 步驟1檢測應(yīng)力集中部位是通過對井架構(gòu)件表面法向磁場Hp(Y)的檢測來確定桿 件中的應(yīng)力集中點和區(qū)域，通過分析H p(Y)梯度或?qū)p(X)的檢測漏磁場的法向有過零值 點，且存在較大的漏磁場梯度時）方式來確定。
[0013] 步驟2中的應(yīng)力測試，是在應(yīng)力集中部位粘貼應(yīng)變花，測試儀器采用無線應(yīng)變數(shù) 據(jù)采集儀；
[0014] 應(yīng)變片布點方案為工字鋼、圓管、矩形鋼沿應(yīng)力方向貼片，布點位置為主油缸立 柱、支撐拉桿、平臺支架立柱等，貼片形式為單軸應(yīng)變片；其他形式的型材在應(yīng)力集中區(qū)貼 片，貼片形式為直角應(yīng)變片；
[0015] 步驟3中的承載能力的評定可以根據(jù)公式進行計算后評定，對于型材形式為工字 鋼、圓管、矩形鋼的，其強度應(yīng)滿足下列要求：
[0022] 式中與下角標b，m和e結(jié)合在一起的下角標X和y表示某一應(yīng)力或設(shè)計參數(shù)所對應(yīng)的彎曲軸。
[0016] (1)
[0017] (2)
[0018]
[0019] (3)
[0020] ⑷
[_] (5)
[0023] 式中：
[0024] fa--井架承受設(shè)計最大鉤載時，測試桿件的軸心拉壓應(yīng)力，MPa ;
[0025] Fa--只有軸心拉壓應(yīng)力存在時容許采用的軸心拉壓應(yīng)力，MPa ;
[0026] fb一一井架承受設(shè)計最大鉤載時，測試桿件的壓縮彎曲應(yīng)力，MPa ;
[0027] Fb一一只有彎矩存在時容許采用的彎曲應(yīng)力，MPa ;
[0028] Fre--除以安全系數(shù)后的歐拉應(yīng)力，MPa ;
[0029] Cn--系數(shù)，對于端部受約束的構(gòu)件，Cni= 0. 85 ;
[0030] E--彈性模量，MPa ；
[0031] 1--彎曲平面內(nèi)的實際無支撐長度，mm;
[0032] r--回轉(zhuǎn)半徑，mm ;
[0033] k一一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的有效長度系數(shù)；
[0034] Fy--桿件材料的最小屈服應(yīng)力，MPa ;
[0035] Cc--區(qū)分彈性和非彈性屈曲的桿件的長細比。
[0036] 對于其他形式的型材，其應(yīng)力數(shù)據(jù)由直角應(yīng)變花測得，可以測取該點在0°、45° 和90°三個方向的應(yīng)力值，其最大應(yīng)力則為
[0037]
Ci)
[0038] 式中：
[0039] ε_--構(gòu)件的最大主應(yīng)力，MPa ;
[0040] ε。。--直角應(yīng)變化0°方向的應(yīng)力，MPa ;
[0041] ε 45。--直角應(yīng)變化45°方向的應(yīng)力，MPa ;
[0042] ε 9r--直角應(yīng)變化90°方向的應(yīng)力，MPa;
[0043] 其最低屈服強度與井架承受最大設(shè)計載荷時構(gòu)件的最大應(yīng)力之比應(yīng)不小于1. 67， 即強度應(yīng)滿足下列要求：
[0044]
(7)
[0045] 令公式（1)或公式（2)的值為a，公式（7)的值為b，則液壓蓄能修井機的承載能 力計算如下：
[0046] 1)若a彡L 0,且b彡L 67,則井架的承載能力為設(shè)計載荷；
[0047] 2)若a>l. 0,且b彡L 67,則井架的承載能力為設(shè)計載荷除以a ; δ.
[0048] 3)若a彡I. 0,且b〈l. 67,則井架的承載能力為設(shè)計載荷乘以^- · 1.67， 1.67
[0049] 4)若a>1.0,且b〈1.67,則井架的承載能力為設(shè)計載荷除以a和-中的較大 b 者D
[0050] 發(fā)明的效果：本發(fā)明利用金屬磁記憶技術(shù)檢測出井架的應(yīng)力集中區(qū)，然后在此區(qū) 域粘貼應(yīng)變片進行應(yīng)力檢測，這樣就能計算出更加準確的井架的實際承載能力，用來指導(dǎo) 石油鉆井生產(chǎn)的安全監(jiān)督。本發(fā)明解決了現(xiàn)有檢測方法和檢測標準無法對液壓蓄能修井機 進行承載能力測試的問題，能準確的測試其承載能力。
【附圖說明】
[0051] 圖1為液壓蓄能修井機承載能力測試布點方案；
[0052] 圖2為1#、2#模塊貼片位置圖；
[0053] 圖3為3#、4#、5#模塊貼片位置圖；
[0054] 圖4為6#模塊貼片位置圖；
[0055] 圖5為7#模塊貼片位置圖；
[0056] 圖6為8#模塊貼片位置圖；
[0057] 其中，圖2--圖6中，A1-A32為各測點編號。
[0058] 圖7為采集的數(shù)據(jù)曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0059] 1、打開金屬磁記憶檢測儀并校準，根據(jù)液壓蓄能修井機各檢測部位的形狀特點選 擇合適的探頭，開始掃查，當檢測到漏磁場的法向有過零值點，且存在較大的漏磁場梯度 時，用記號筆在該處作好標記。
[0060] 2、通過對該液壓蓄能修井機井架及底座的主要受力構(gòu)件、有損傷或銹蝕的構(gòu)件、 井架截面突變處、關(guān)鍵構(gòu)件連接處、關(guān)鍵焊縫等部位，進行全面掃查，共發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域3 處，均位于主油缸下端的3個固定耳板上。根據(jù)金屬磁記憶檢測結(jié)果和井架受力特點，本次 測試共布置測點32個，從上往下依次為天車驢頭（1#模塊）、主油缸立柱頂端（2#模塊）、 主油缸立柱中段（3#模塊）、旋轉(zhuǎn)平臺（4#模塊）、主油缸下端固定耳板（5#模塊）、支撐拉 桿（6#模塊）、平臺支架立柱耳板（7#、8#模塊）。其中，1#、4#、5#、7#、8#模塊采用直角應(yīng) 變化布點；2#、3#、6#模塊布點型材為圓管，沿桿件中心線對稱布置4個測點；如圖1所示， 1-8#編號為應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊編號，每個模塊有4個通道，分別對應(yīng)A1-A32號測點，即1# 模塊采集A1-A4號測點應(yīng)變數(shù)據(jù)，2#模塊采集A5-A8號測點應(yīng)變數(shù)據(jù)，以此類推。測點布置 要求見表1 :
[0061]
[006